合金元素对钢材性能的影响.ppt

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1、合金元素对钢材性能的影响一合金钢的分类在碳钢中加入一种或多种元素所形成的钢称之为合金钢按合金元素的多少分｛低合金钢中合金钢高合金钢﹤5w%5w%--10w%﹥10w%按合金元素种类分铬钢，锰钢，硅钢，铬镍钢等按用途分工具钢，结构钢，特殊性能钢等（1）锰（Mn）和硅（Si）炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中。Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。能溶于铁素体中具有固溶强化效果，可提高钢的强度和硬度。二钢中的常存元素在钢中的作用也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物，MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿

2、轧向分布，减轻了硫的有害作用。具有一定的脱氧能力，使钢中的FeO还原，降低了钢的脆性。Si：在钢中的含量通常小于0.5%。能溶于铁素体中具有固溶强化效果，可提高钢的强度和硬度。也可形成SiO2夹杂物。Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。（2）硫（S）和磷（P）S：在固态铁中的溶解度极小，S和Fe能形FeS，并易于形成低熔点共晶，发生热脆(裂)。P：可固溶于α-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。（3）氮

3、（N）、氢（H）、氧（O）N：在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。N、H、O是有害杂质。三合金元素的存在形式1．形成铁基固溶体（1）形成铁基置换固溶体①Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可与Fe形成无限固溶体。其中Ni、Co和Mn形成以γ-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以α-Fe为基的无限

4、固溶体。②Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。③Ti、Nb、Ta只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。（2）形成铁基间隙固溶体①对α-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体间隙。②对γ-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体或四面体间隙。③间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加，即按B、C、N、O、H的顺序而增加。2．形成合金渗碳体（1）合金渗碳体（碳化物）、氮化物和碳、氮化物间隙化合物相，是钢中的基本强化相。（2）过渡族金属与碳、氮的亲和力、碳化物和氮化物的强度（或

5、稳定性）按下列规律递减：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe其中：Ⅳ、Ⅴ族金属的碳化物与氮化物具有简单的点阵结构，如TiC、VC、TiN、TaC等；Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ金属的碳化物与氮化物具有复杂的点阵结构，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、Mo、Fe)6C等。在钢中，铁的碳化物与合金碳化物相比，是最不稳定的。渗碳体中Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。3．形成金属间化合物（1）金属间化合物：钢中的过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金

6、属与准金属形成的化合物。（2）如Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、NiAl、NiTiFeAl等。准金属也叫半金属。通常指硼、硅、锗、硒、碲钋、砷和锑。它们在元素周期表中处于金属向非金属过渡的位置，物理性质和化学性质介于金属和非金属之间。单质一般性脆，呈金属光泽。4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相（1）钢中的非金属相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgO·Al2O3、MnO·Al2O3、MnS、FeS、2MnO·SiO2、CaO·SiO2等。非金属夹杂物一般都是有害的。（2）AlN和一些稀土氧化物弥散

7、质点可用来强化钢或其它有色金属合金。（3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些金属或合金形成非晶体相结构。钢中非晶体相的作用目前仍缺乏较详细的实验和理论依据。四合金元素对钢的热处理的影响合金钢一般都是经过热处理后使用的，主要是通过改变钢在热处理过程中的组织来显示合金元素的作用的。合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、冷却和回火过程中的相变等方面。1、合金元素对加热转变的影响钢在加热时，奥氏体化过程包括晶核的形成和长大，碳化物的分解和溶解，以及奥氏体成分的均匀化等过程。整个过程的进行，与碳、合金元素的扩散以及碳化物的稳定程度有关。合

8、金元素对奥氏体形成过程的影响体现在以下两个方面：（1）对奥氏体形成速度的影响奥氏体的形成速度取决于奥氏体晶核的形成和长大，两者都与碳的